岩体力学

摘要： 思政元素有效融入专业课程教学是实现全方位育人的根本途径。通过分析地质工程专业“岩体力学”专业课的教学特点,挖掘了本课程的思政元素,并设计融入教学体系。从知识、能力、素质三个方面,总结了该课程的系统性、复杂性、渐进性特点。根据OBE理念,将辩证唯物思想等5个方面的思政元素作为主要分析对象,结合“岩体力学”的6处课堂教学知识点,从课堂讲授等3种融入途径设计并实现了育人目标,从学生的动态反馈中及时调整课程教学的新方向。

摘要： 岩体由于结构面的切割作用而具有非均质性、各向异性和不连续性等特征。在工程实践中,岩体力学参数只能通过现场试验或经验公式来选择。原位测试成本高、难度大,在某些地方无法测试,因此使用经验公式获取岩体力学参数是较好的方法。Hoek-Brown强度准则在估计边坡岩体参数时可以更方便、及时、准确地反映岩体的实际位置,在实际工程中具有良好的可操作性。

摘要： 背斜核部岩体发育大量拉裂纹,科学解译这一特殊而普遍的地质现象有助于该地区对工程岩体质量的评价、利用并加深对地质灾害演化机制的认识。将位于背斜核部拉应力区的断续裂纹岩体地质模型概化为周期裂纹模型,进一步获取中心裂纹力学模型,引入优化后的线场分析法进行研究。结果表明:裂纹贯通率越高,形状修正系数对裂纹尖端应力强度因子的调增作用越大;应力修正值关于裂纹贯通率具有非线性单调递增特性,关于外荷载呈线性单调递增性质;以灰岩岩体为例,各种理论计算的岩体抗拉强度验证了模型的解是合理的;裂纹半长不变时,岩体抗拉强度随裂纹贯通率增大而降低;裂纹贯通率恒定时,岩体抗拉强度随裂纹半长增加而降低;岩体抗拉强度与裂纹半长的平方根成反比,表现出岩体抗拉强度随裂纹半长线性变化而呈非线性变化规律;裂纹半长介于0.2~2.0 m时,灰岩岩体的抗拉强度均未超过1.0 MPa。经优化后的断裂力学线场分析法更加方便快捷,而岩桥静力平衡因子是求解岩桥应力修正值、岩桥拉应力、应力强度因子、形状修正系数和含中心裂纹岩体抗拉强度等岩体断裂特征参数的关键,研究结果具有一定的理论价值和工程意义。

摘要： 层状构造对于岩体力学性质影响不可忽视,为探究层状结构对软岩破坏过程中力学性质的影响,制备水平、45°、竖直三种典型层状千枚岩试样,开展单轴压缩条件下不同层状千枚岩破坏过程声发射试验研究。结果表明:层状倾角对于千枚岩的抗压强度及变形特性影响较大。竖直及水平层状岩石总体积呈现先收缩后膨胀现象,45°层状千枚岩横向变形却表现为先收缩后扩张;层状结构对于岩石能量释放有很大影响,三种千枚岩在破坏前期均出现不同程度的声发射累计能量高位释放现象;水平层状和45°层状千枚岩的声发射振铃计数在其破坏阶段突增。竖直层状千枚岩振铃计数主要发生在塑性及破坏阶段,由于振铃计数在塑性阶段得以缓冲,因此可认为声发射振铃计数对该类型岩石的破坏具有预警效果。

摘要： 社会主义文化自信是“道路、理论、制度自信”的根本。将中国传统文化融入工科课堂教育教学是引导当代大学生文化自信的必由之路。本文基于“岩体力学”的教学任务,深度挖掘了中国唐、明等朝代著名诗词的科学元素,将其同岩体的力学、风蚀、流固等关键知识点相融合,并利用古人由现象到规律的总结模式,提出实验方法对推动岩体力学研究具有重要意义。采用人文素养和科学素养高度融合的教学新模式极大激发了学生的学习和研究热情,提高了学生对知识点的理解程度,同时也培养了学生的人文情怀。结合虚拟教研室、线上线下混合课堂和学生自主学习提出了未来持续改进的方向。

摘要： 引水隧洞稳定性分析的关键因素是水力耦合分析的研究。基于有限元法,结合多孔介质有效应力原理,构建引水隧洞模型。通过数值模拟测得模型在动态演化下的岩体孔隙率和渗透系数演变规律,模拟水力完全耦合下,围岩体受力破坏过程,并将模拟所得隧洞开挖变形数据与现场监测位移结果进行对比分析,研究数值模型的合理性与准确性。

摘要： 龙滩特大桥作为跨越龙滩库区的在建世界最大跨度拱桥,拱座岩体稳定是本项目岩体工程关键技术问题,且岩体力学特性是评价岩基及岸坡稳定的重要依据。为了研究拱座岩体力学特性,文章在可研和施工阶段开展一系列的室内与原位岩体力学试验,研究了岩体变形及强度特性,揭示了在铅垂、水平荷载作用下层状岩体力学特性及变形破坏机理,提出了三叠系下统粉砂质泥岩和中统砂岩的力学参数试验建议值。研究结论可为与层状粉砂质泥岩相关的工程岩基变形稳定分析提供参考。

摘要： 教育的根本任务是立德树人。岩体力学作为高等院校开设的一门专业基础课,旨在培养学生解决实际岩体工程问题的能力,理所应当承担起思政教育的重要责任。让岩体力学课程的专业教育与思想政治教育协同并举,是实践课程思政的有效途径。针对目前岩体力学课程思政实施过程中所暴露的问题,文章从岩体力学的专业特色和优势出发,深入分析当前岩体力学课程的特点,并进一步发掘基本知识点中所蕴含的思政元素,探寻思政元素的融合点,从科学责任感和使命感、工程伦理、工匠精神、家国情怀和使命担当等方面开展岩体力学课程思政的教学过程设计,以实现知识传递、能力培养和价值导向的有机融合。

摘要： 借助MOOC中SPOC平台,设计"岩体力学"课前、课中、课后的在线教学模式。以"岩体力学"第二章为例,从学生课程参与度、作业设计合理性和学生教学满意度三个方面对教学效果分析。结果表明:"岩体力学"在线教学模式取得了良好的教学效果,优化了在线教学模式,促进学生的积极性,完善评价标准,为网络教学提供参考。

摘要： 借助MOOC中SPOC平台,设计“岩体力学”课前、课中、课后的在线教学模式.以“岩体力学”第二章为例,从学生课程参与度、作业设计合理性和学生教学满意度三个方面对教学效果分析.结果 表明:“岩体力学”在线教学模式取得了良好的教学效果,优化了在线教学模式,促进学生的积极性,完善评价标准,为网络教学提供参考.

摘要： 在浅埋工程开挖的围岩分级实践中,相关规范实用性很高,预测准确.然而,在大埋深高地应力条件下进行含节理岩体的隧道开挖时,围岩物理力学参数和结构会发生强烈的改变,不但围岩质量劣化,而且各向异性显著.在开挖引起的应力场剧烈变化下,围岩中新的裂隙会产生,在高地应力下闭合的结构面会重新张开并迅速发展,影响了岩体质量和稳定性,开挖前的围岩分级结果不再适用.因此,为了客观量化描述开挖后围岩质量的劣化,统计岩体力学理论充分考虑了开挖揭露的岩体结构面各项参数,并将结构面影响下的岩体各向异性特征纳入围岩分级评估之中进行围岩分级调整.为了进一步说明,本文结合大埋深高地应力下的关山隧道开挖工程,根据现场结构面的统计结果,运用统计岩体力学理论分析开挖后隧道围岩显著的各向异性,并最终给出符合开挖后现场围岩劣化情况的围岩分级调整建议.

摘要： 本文针对水电工程岩体力学参数取值,归纳了其基本技术路线,即需要针对具体工程地质条件和岩体结构面特征,考虑关键的地质环境条件,以实测获取方法为主,以工程地质类比法和专家经验判断为辅,结合现场监控量测及数值分析方法,对工程岩体及结构面参数进行综合判断和动态取值.在此基础上,系统总结了常用的水电工程岩体力学参数,特别是岩体强度参数的取值方法,包括室内试验、现场试验、工程地质类比、理论抗剪强度准则、位移反分析、面积加权、可靠度分析、随机-模糊分析、分工神经网络、基于计算机模拟试验和岩体质量评分体系等方法.

摘要： 裂隙岩体表征单元体(REV)研究是岩体力学的一个基本问题,是研究岩体尺寸效应的主要方法.阐述了研究裂隙岩体REV的基本思路,基于离散裂隙网络模拟技术的数值分析方法是进行裂隙岩体REV研究的重要手段.建立不同尺寸的岩体模型,分析了裂隙数量、强度、方位等随岩体尺寸的变化特性,从而得出考虑裂隙分布的几何特性上的REV.结合锦屏二级水电站大理岩岩体裂隙的统计规律,采用4组随机裂隙并建立三维离散裂隙网络,最终确定所分析岩体的REV为10m×20m×10m。

摘要： 结构面粗糙度系数(JRC)的获取过程中存在采样精度问题,为了获取合理的JRC值,本文开展了JRC剖面线采样点精度研究.选取3种岩石,每种取10个具有一定粗糙程度的结构面为研究对象,运用三维激光扫描技术获取结构面几何形貌特征并进行数字化处理.在此基础上,提取结构面选定剖面线的起伏信息,利用分形理论计算不同采样点间隔条件下剖面线的JRC值,分析JRC取值中存在的采样点间隔效应,并研究其影响因素.结果发现:JRC值受剖面线采样点间隔影响,当采样点间隔小于临界间隔值时,JRC值基本保持不变;当间隔大于临界间隔值时JRC值出现波动.采样点临界间隔值与结构面粗糙程度相关,与JRC值呈负指数函数关系,并且其关系受岩石类型影响,岩石颗粒越小两者拟合度越高.综合3种岩石得到JRC值与采样点临界间隔值关系服从y=1.8314e-0.067z的函数分布,可以此为依据进行采样点临界间隔定量取值,来消除间隔效应对JRC值的影响.该项研究成果可为结构面粗糙信息采集提供科学的方法,通过选取合理的采样点数量,保证结构面信息采集工作效率和JRC值计算精度.

摘要： 结构面粗糙度系数(JRC)的获取过程中存在采样精度问题,为了获取合理的JRC值,本文开展了JRC剖面线采样点精度研究.选取3种岩石,每种取10个具有一定粗糙程度的结构面为研究对象,运用三维激光扫描技术获取结构面几何形貌特征并进行数字化处理.在此基础上,提取结构面选定剖面线的起伏信息,利用分形理论计算不同采样点间隔条件下剖面线的JRC值,分析JRC取值中存在的采样点间隔效应,并研究其影响因素.结果发现:JRC值受剖面线采样点间隔影响,当采样点间隔小于临界间隔值时,JRC值基本保持不变;当间隔大于临界间隔值时JRC值出现波动.采样点临界间隔值与结构面粗糙程度相关,与JRC值呈负指数函数关系,并且其关系受岩石类型影响,岩石颗粒越小两者拟合度越高.综合3种岩石得到JRC值与采样点临界间隔值关系服从y=1.8314e-0.067z的函数分布,可以此为依据进行采样点临界间隔定量取值,来消除间隔效应对JRC值的影响.该项研究成果可为结构面粗糙信息采集提供科学的方法,通过选取合理的采样点数量,保证结构面信息采集工作效率和JRC值计算精度.

摘要： 结构面粗糙度系数(JRC)的获取过程中存在采样精度问题,为了获取合理的JRC值,本文开展了JRC剖面线采样点精度研究.选取3种岩石,每种取10个具有一定粗糙程度的结构面为研究对象,运用三维激光扫描技术获取结构面几何形貌特征并进行数字化处理.在此基础上,提取结构面选定剖面线的起伏信息,利用分形理论计算不同采样点间隔条件下剖面线的JRC值,分析JRC取值中存在的采样点间隔效应,并研究其影响因素.结果发现:JRC值受剖面线采样点间隔影响,当采样点间隔小于临界间隔值时,JRC值基本保持不变;当间隔大于临界间隔值时JRC值出现波动.采样点临界间隔值与结构面粗糙程度相关,与JRC值呈负指数函数关系,并且其关系受岩石类型影响,岩石颗粒越小两者拟合度越高.综合3种岩石得到JRC值与采样点临界间隔值关系服从y=1.8314e-0.067z的函数分布,可以此为依据进行采样点临界间隔定量取值,来消除间隔效应对JRC值的影响.该项研究成果可为结构面粗糙信息采集提供科学的方法,通过选取合理的采样点数量,保证结构面信息采集工作效率和JRC值计算精度.

摘要： 结构面粗糙度系数(JRC)的获取过程中存在采样精度问题,为了获取合理的JRC值,本文开展了JRC剖面线采样点精度研究.选取3种岩石,每种取10个具有一定粗糙程度的结构面为研究对象,运用三维激光扫描技术获取结构面几何形貌特征并进行数字化处理.在此基础上,提取结构面选定剖面线的起伏信息,利用分形理论计算不同采样点间隔条件下剖面线的JRC值,分析JRC取值中存在的采样点间隔效应,并研究其影响因素.结果发现:JRC值受剖面线采样点间隔影响,当采样点间隔小于临界间隔值时,JRC值基本保持不变;当间隔大于临界间隔值时JRC值出现波动.采样点临界间隔值与结构面粗糙程度相关,与JRC值呈负指数函数关系,并且其关系受岩石类型影响,岩石颗粒越小两者拟合度越高.综合3种岩石得到JRC值与采样点临界间隔值关系服从y=1.8314e-0.067z的函数分布,可以此为依据进行采样点临界间隔定量取值,来消除间隔效应对JRC值的影响.该项研究成果可为结构面粗糙信息采集提供科学的方法,通过选取合理的采样点数量,保证结构面信息采集工作效率和JRC值计算精度.

摘要： 提出了一种从损伤的角度研究界面裂纹扩展角的方法,该方法将损伤理论和有限元方法结合起来,以损伤的二阶混合偏导作为核心变量,在裂尖区域找到该变量的零等值线方向,即裂纹起裂的方向.该方法不需要考虑导致裂纹起裂的原因,只要根据损伤的积累就可以判定裂纹的扩展方向.结果表明:采用本文提出的基于损伤理论计算界面裂纹扩展角的方法是准确的,比用经典断裂理论计算的方法更为便捷,该方法具有普遍适用性.

摘要： 提出了一种从损伤的角度研究界面裂纹扩展角的方法,该方法将损伤理论和有限元方法结合起来,以损伤的二阶混合偏导作为核心变量,在裂尖区域找到该变量的零等值线方向,即裂纹起裂的方向.该方法不需要考虑导致裂纹起裂的原因,只要根据损伤的积累就可以判定裂纹的扩展方向.结果表明:采用本文提出的基于损伤理论计算界面裂纹扩展角的方法是准确的,比用经典断裂理论计算的方法更为便捷,该方法具有普遍适用性.

摘要： 提出了一种从损伤的角度研究界面裂纹扩展角的方法,该方法将损伤理论和有限元方法结合起来,以损伤的二阶混合偏导作为核心变量,在裂尖区域找到该变量的零等值线方向,即裂纹起裂的方向.该方法不需要考虑导致裂纹起裂的原因,只要根据损伤的积累就可以判定裂纹的扩展方向.结果表明:采用本文提出的基于损伤理论计算界面裂纹扩展角的方法是准确的,比用经典断裂理论计算的方法更为便捷,该方法具有普遍适用性.

摘要： 本发明实施例提供的基于离散元的岩体力学响应数值分析方法及装置，通过三角形块体粘结集合体来模拟岩石，在其中引入离散裂隙网格来模拟岩体，在三角体之间粘结所遭受力的情况可以分析出剪切或拉伸两种破坏，克服了传统多边形单元高估岩石摩擦角、岩石破坏网格定势等缺点，可以显式模拟岩体破坏过程裂纹的起裂、扩展、贯通的全过程及其与原生结构面的相互作用，对裂纹的大小、方向进行追踪监测和定量评估，准确捕捉岩体在不同应力环境中不同的破坏类型，在岩石力学基础试验、地下空间开挖诱导围岩破坏机理、动压回采巷道围岩不连续扩容变形、深井巷道大变形、锚杆应力场及支护作用机理、岩爆及冲击地压发生机理、长臂工作面上覆岩层垮落等方面具有广泛、深入应用。

摘要： 本发明公开了一种基于统计岩体力学的岩体工程参数计算方法及系统，该计算方法以岩石单轴抗压强度、变形参数和岩体结构面网络、结构面摩擦角的现场测试数据为基础，计算岩体的各向异性弹性模量、泊松比、渗透椭球与渗透系数、抗压强度等工程设计参数，以及各类参数的各向异性比和弱化系数，并进行全空间方向岩体质量分级。采用本计算方法，通过适量的原位测试数据的对比校订，可为工程设计提供更为可靠的计算参数，不仅可以大幅减少大型原位试验工作量和投资，且可显著缩短工程前期勘察的周期，由此产生巨大的工程与经济效益。

摘要： 本公开提出了一种基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真方法及系统，所述方案将物质点键划分为即岩石键、节理键和裂隙键三种类型，基于强度折减理论构建三种近场动力学键的统一表达格式，并且在运动方程中引入表征岩体压缩性质的短程排斥力，建立了近场动力学节理岩体本构模型；将岩体结构模型的计算区域随机离散成有限数量的带有一定体积信息的物质点，选择合适的近场作用范围，形成所有物质点的邻域矩阵，根据节理分布参数及物质点空间坐标关系，利用向量叉乘判断物质点键是否穿越节理或者裂隙，并进行相应处理；采用自适应动态松弛算法，迭代求解物质点速度和位移，实现了节理岩体变形破坏过程的近场动力学仿真。

摘要： 本发明属于土木工程领域，具体地，涉及基于几何损伤力学模型的节理岩体力学特性分析方法。基于几何损伤力学模型的节理岩体力学特性分析方法，步骤如下：(1)、节理岩体代表性单元的几何模型构建；(2)、定义节理岩体代表性单元的损伤张量；(3)、计算单组节理岩体损伤张量；(4)、计算多组节理岩体的损伤张量；(5)、推导节理岩体有效应力公式，建立节理岩体几何损伤本构模型；(6)、节理岩体几何损伤本构模型程序化；(7)、统计工程岩体的节理几何参数，进行工程岩体的损伤特性数值模拟。

摘要： 本发明公开了一种喀斯特岩体力学三轴试验机用定位组件，对于本发明设计的三轴试验机用定位装置，通过在工作台上设置的限位环和夹持组件的配合使用，对于试验岩体样品能够进行很好的位置定位工作，保证其在进行力学试验工作是不会发生位置偏移，提高检测结果精确性，与此同时，通过设置的辅助块、连接弹簧、防滑凸块的作用，能够对不同规格类型的样品进行相应的调控定位工作，具有很好的使用灵活性，进而提高其使用便捷性，再者通过设置的锁定组件对夹持组件进行锁定，进一步提高其定位稳定性，保证检测工作质量，提升工作效率。

摘要： 本发明公开一种基于3D打印技术研究软硬互层岩体力学行为的方法，包括：1.岩石与结构面的样品采集；2.天然软硬互层岩体层面三维激光扫描；3.类岩石材料3D打印与物理模型制作；4.开展相应的岩石力学试验；相比于以往的试样制备方法，本发明具有以下优点：3D打印模型内部材料近似均质，因此在进行试验时其损伤的演化规律更容易观察到；3D过程中通过控制胶水浓度和胶水的饱和度以实现不同强度的软硬互层岩体模型；通过天然岩石结构面的扫描和提取，采用3D打印对天然结构面进行重构，更能真实反映软硬互层岩体的界面条件。

摘要： 本发明提供基于自适应粒子群算法的岩体力学参数联合求解方法及装置，能够实现对多区域岩体参数的准确获取以及对工程运行状态的及时评估。方法包括：S1、获取监测数据；S2、自适应粒子群算法求解：基于有限元数据和获取的监测数据构建变形模型；初始化粒子群算法；将变形模型作为目标函数，将每个粒子的位置信息输入目标函数可获得适应度值，其值越小代表与岩体实际变形、渗流的接近程度越高，岩体参数越接近真实值；根据粒子在搜索空间中的位置，按照相对距离划分子种群，然后确定子种群个数；进行粒子群算法的迭代计算；S3、岩体参数的获取：取出整个种群中具有最小适应度值的粒子，该粒子的位置即为求解的所有岩体力学参数。

摘要： 本发明公开一种岩体力学三轴试验装置，涉及土工仪器技术领域，其技术方案要点是：包括油腔及内部的隔油套，隔油套的上下两端分别密封连接于顶盖和底盖上，隔油套内形成与油腔分离的承压腔，顶盖的中间可拆卸连接有安装盖，安装盖中间滑动连接有上压杆，上压杆伸出承压腔用于挤压岩体，底盖的设置支撑柱，支撑柱的上端伸入承压腔内，下端延伸至底盖下端；上压杆的下端或者支撑柱的上部设置纠偏组件，纠偏组件包括底座、连接球头和活动块，活动块通过连接球头可摆动偏转，用于与岩样的端面平整贴合。本发明能够避免岩样受到油污污染，岩样试验更加便捷；而且采用纠偏装置能够使得岩样的两端均受到平整的抵压，保持岩样的试验的稳定性。

摘要： 本发明公开了一种掘进过程中隧洞岩体力学强度的快速测定方法，包括步骤：一、获取岩心试样的单轴抗压强度数据、钻机在采集岩心时的随掘压力数据和钻头进给量数据集合；二、建立岩体单轴抗压强度线性观测方程；三、采用线性拟合方法求解岩体单轴抗压强度线性观测方程中的线性相关系数；四、计算钻进过程相关系数；五、获取钻机在进行隧洞掘进时的随掘压力数据和钻头进给量数据集合；六、根据岩体单轴抗压强度线性观测方程计算岩体的单轴抗压强度。本发明可通过钻机随掘数据快速确定隧洞沿线岩体力学强度变化，为施工现场精细化探测岩体强度测定提供了一种可靠且快速的原位测定方法，有助于后期的围岩加固方案的优化设计以及灌浆参数的优化。

摘要： 本实用新型公开了一种低温介质冻结下的煤岩体力学性能动态测试系统，包括低温加压加热试验台、与低温加压加热试验台连接的低温介质供给装置和低温介质回收装置，低温介质回收装置与低温介质供给装置连接，低温加压加热试验台外侧设置有用于采集煤岩样内部结构图像的工业CT扫描装置。本实用新型通过设置低温加压加热试验台、低温介质供给装置和低温介质回收装置以满足多种试验条件下低温介质对于煤岩体的力学性质的影响，并可自动供给低温介质和自动回收低温介质，实现全系统的循环测试过程，减少测试时手动操作的步骤，提高测试精度，同时结合工业CT扫描装置进一步探究超低温度场和应力场作用下的裂隙发展规律，测试结果准确，使用效果好。